Через терни вгору… до зірок…

Уперше в Україні 26 серпня 2021 року за безпосередньої участі студентів Дніпровського національного університету імені Олеся Гончара був здійснений успішний запуск надлегкої ракети на висоту 6500 м і зроблена спроба запуску надлегкої суборбітальної ракети на висоту 40 000 м.

Цим фактом був завершений черговий етап реалізації проєкту «Студентська ракета», результати виконання якого, як завжди, з одного боку дали великий привід для гордості за свій рідний університет і його студентів, а з іншого – не менший привід для роздумів.

Пуск ракет зі спеціалізованого полігону, неймовірні фото та відео – це завершальний момент, верхівка айсберга – яскрава подія, яка не перевищує і 10% від всього обсягу робіт. Невидима для більшості частина проєкту – це повний цикл розробки ракетного літального апарату, його виробництва, експериментального відпрацювання та експлуатації, документального і юридичного супроводження, найважливіші питання безпеки життєдіяльності та охорони праці – те, що насправді є справжньою практичною підготовкою майбутніх фахівців-ракетників.

Що ж таке ці надлегкі ракети, які розробляються студентами?

Більшість помиляється, вважаючи або називаючи ці вироби моделями, а сам процес – ракетно-космічним моделюванням. Це не так. Кожна ракета за своєю конструкцією, призначенням є унікальним літальним апаратом, до складу якого входить ракетний двигун, відсіки з бортовим радіоелектронним обладнанням, бортовим комп’ютером, корисним навантаженням, двоступеневою парашутною системою порятунку, системою електрозабезпечення, системою аеродинамічної стабілізації. Ракета є частиною ракетного комплексу до складу якого, крім неї, входить стартова установка з системами дистанційного спостереження за стартом, система забезпечення дистанційного пуску ракети на базі всюдиходу, чотирма напівавтоматичними і двома автоматичними наглядово-вимірювальними станціями з віддаленням від точки старту від 2 км до 40 км, за допомогою яких ведеться супроводження польоту і прийом телеметричної інформації з борта при русі ракети траєкторією. Сумарно в процесі проведення пуску задіяно близько 25 осіб на різних локаціях у радіусі до 40 км від точки старту, рівень підготовки яких у певних питаннях доведений до автоматизму.

Чи існували раніше в Україні такі проєкти і такі системи?

Ні, до цього всього теж застосовується слово – вперше.

Наступна особливість проєкту «Студентська ракета» – він народився в середовищі освітньо-інноваційної системи космічних лабораторій Noosphere Engineering School, що були відкриті у ДНУ за ініціативи міжнародного підприємця у сфері космічних технологій Максима Полякова з метою практичної підготовки висококваліфікованих фахівців для ракетно-космічної галузі України на базі дуального навчання, та створення екосистеми, сприятливої для розвитку ракетно-космічних стартапів, у тому числі інженерних, як основи для появи нових компаній напряму New Space («Нового космосу»). І такий проєкт існує тільки в нашому університеті.

Ще однією особливістю проєкту «Студентська ракета» є створена екосистема з проєктування, виробництва і стендового експериментального відпрацювання вузлів, агрегатів і літального апарату в цілому, яка продовжує розвиватися. На сьогоднішні екосистема проєкту об’єднує можливості:

– студентської команди космічних лабораторій Noosphere Engineering School у ДНУ;

– Дніпровського національного університету імені Олеся Гончара;

– Національного центру аерокосмічної освіти молоді ім. О.М. Макарова;

– неприбуткової громадської організації «Асоціація Noosphere».

Технічну та технологічну підтримку проєкту надають R&D Flight Control, ДП ВО «Південний машинобудівний завод» ім. О.М. Макарова, Павлоградський механічний завод.

У відремонтованих приміщеннях корпусів №6, 13, 103 ДНУ зусиллями студентів і менторів проєкту організовані і введені в експлуатацію:

– навчальна лабораторія проєктування, конструювання і моделювання, оснащена потужною комп’ютерною технікою і спеціалізованим програмним забезпеченням;

– освітньо-науковий центр технологій виробництва і контролю якості виробів з композиційних матеріалів у складі двох верстатів для виготовлення вісесиметричних конструкцій з полімерних композитів методом намотки, обладнання для неруйнівного контролю композитних багатошарових оболонок;

– освітньо-науковий центр адитивних технологій у складі 4-х 3D-принтерів, у тому числі для виготовлення конструкцій з термостійких конструкційних пластиків методом 3D-друку. У планах – створення лабораторного зразка 3D-принтера для друку виробів з металів;

– комплексна лабораторія виготовлення ракетних двигунів;

– комплексна лабораторія виготовлення бортового радіоелектронного обладнання;

– випробувальний майданчик, обладнаний стендом гідровипробувань на міцність, стендом випробувань на стійкість конструкцій до перевантажень, стендом вогневих випробувань ракетних двигунів;

– комплексна лабораторія загального складання ракет.

Мабуть, усі технічні університети мріють про таку навчально-виробничу базу, але вона є тільки в ДНУ.

Чи не головною особливістю проєкту «Студентська ракета» є його команда, основу якої складають активні студенти фізико-технічного факультету ДНУ – колись найкращого ракетно-космічного факультету в Україні. Також до складу команди входять студенти факультету фізики, електроніки та комп'ютерних систем, факультету прикладної математики, аспіранти та викладачі ДНУ, студенти коледжу ракетно-космічного машинобудування, співробітники Національного центру аерокосмічної освіти молоді ім. О.М. Макарова.

Команду проєкту «Студентська ракета» складали 26 студентів та співробітників ДНУ. Зокрема, фізико-технічний факультет представляли: студенти Ігор Білоцерковський, Олександр Добродомов; Олексій Клименко, Всеволод Кобзар, Данило Колчін, Ілля Лукьяненко, Владислав Лях, Єфим Мигович, Іван Михайлюк, Денис Михальов, Денис Постол, Ігор Поцелуйко, Владислав Пророка, Віктор Толстеньов, Артем Швець; аспіранти Катерина Дергаль і Максим Сіренко; старший викладач Дмитро Астахов та доценти Іван Карпович, Олена Карпович, Світлана Клименко, Олексій Кулик. Факультет фізики, електроніки та комп'ютерних систем був представлений аспірантом Дмитром Волинцем та доцентом Ігорем Гомілко. Від факультету прикладної математики – Денис Прозор, від Фахового коледжу ракетно-космічного машинобудування ДНУ – Андрій Зрелий.

Участь і робота в проєкті «Студентська ракета» дають можливість використання отриманих напрацювань та результатів у реальних кваліфікаційних роботах бакалаврів, науково-дослідних роботах магістрів. Три учасники проєкту навчаються в аспірантурі, готують дисертації за тематикою проєкту. Результати наукових досліджень представлені на міжнародних науково-практичних конференціях і конгресах, готуються наукові статті у фахові збірники. Стенди проєкту стали окрасою університетських, місцевих і всеукраїнських конкурсів, виставок і фестивалів, серед яких «Авіасвіт-2019», «Авіасвіт-2021», Vernadsky Challenge, виставка досягнень молодих учених України в авіаційній та ракето-космічній галузі імені Леоніда Каденюка.

Проєкт «Студентська ракета» розпочав свою роботу у січні 2018 року. Уже в квітні 2018 року був здійснений запуск першої ракети-демонстратора. За наступні роки були створені і відпрацьовані надлегкі ракети з висотами польоту від 2 до 7 км. Створені та знаходяться на етапі відпрацювання надлегкі суборбітальні ракети з висотами польоту 20 км і 40 км. У планах – суборбітальні ракети з висотами польоту 80 і 100 км, для яких розпочинаються роботи зі створення системи контролю і керування польотом. Робота не припиняється.

Ми звикли пишатися причетністю фізико-технічного й інших факультетів ДНУ до створення найкращих зразків ракетно-космічної техніки, згадуємо втрачені зв'язки з підприємствами, видатних випускників-ракетників нашого університету. Старше покоління професорсько-викладацького складу дуже любить розповідати, як було чудово, коли на замовлення ракетно-космічної галузі СРСР університет виконував дослідження, розвивав науково-технічну базу, тисячами готував молодих фахівців. Усе це вже – історія, яку, безумовно, потрібно знати і досліджувати. Сьогодні провідні технічні університети України і світу шукають та знаходять себе в науково-освітньому просторі через створення і розвиток прикладних проєктів, з якими можна вийти на ринок освітніх послуг чи наукових досліджень, які стають тими маркерами, за якими абітурієнтами ідентифікується присутність і можливості університету в тій чи іншій галузі машинобудування.

Наприклад, НТУУ «Київський політехнічний інститут» імені Ігоря Сікорського активно розвиває сегмент студентських проєктів зі супутникобудування, і їм у цьому вже немає рівних – два супутники працюють на орбіті Землі, а Державне космічне агентство України розглядає питання державного замовлення. Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут» ім. М.Є. Жуковського (ХАІ) активно реалізовує студентські проєкти зі створення малих літаків і теж має значні результати – уже йдуть льотні випробування літака, авіавиробники як державного, так і приватного сектору ведуть боротьбу за випускників ХАІ.

Ми віримо, що наш Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара втримає статус аерокосмічного університету, а студентські розробки в складі суборбітальних ракетних комплексів проєкту «Студентська ракета» стануть тими іскрами, що знову запалять полум’я слави ДНУ, як найкращого аерокосмічного університету України.

Повернемося до 26 серпня 2021 року, коли був здійснений успішний запуск надлегкої ракети на висоту 6500 м і зроблена спроба запуску надлегкої суборбітальної ракети на висоту 40 000 м.

Дослідницька надлегка ракета «К80 Meteo 7000» успішно стартувала, піднялася на висоту 6500 м, повністю виконала закладену програму польоту.

Виріб «К80 Meteo 7000» – одноступенева аеродинамічно стабілізована некерована ракета з двигуном на твердому сумішевому паливі довжиною 1563 мм, діаметром – 82 мм. Стартова маса ракети – 7,5 г, маса корисного вантажу – 0,2 кг. Середня тяга двигуна ракети – 1200 Н, питомий імпульс тяги двигуна – 205 с, повний імпульс двигуна – 6000 Н×с. Максимальне перевантаження – 25 g, максимальна швидкість досягає 650 м/с. Ракета оснащена комплексом бортового радіоелектронного обладнання і має двоступеневу комбіновану систему порятунку.

Виріб «К110 Meteo 40 000» першої модифікації – це двоступенева аеродинамічно стабілізована некерована ракета з двигунами на твердому сумішевому паливі довжиною 3432 мм і діаметром 114 мм. Стартова маса ракети – 34,5 кг. Середня тяга двигуна першого ступеня – 2750 Н, другого ступеня – 3000 Н. Питомий імпульс тяги першого ступеня становить 208 с., другого ступеня – 230 с. Сумарні імпульси двигунів першого та другого ступенів дорівнюють 20 000 Н×с і 21 500 Н×с відповідно.

Ракета «К110 Meteo 40000» здатна доставляти корисний вантаж масою до 1 кг на висоту до 40 км. Максимальне перевантаження 30 g, максимальна швидкість досягає 1500 м/с. Ракета оснащена комплексом бортового радіоелектронного обладнання і має двоступеневу комбіновану систему порятунку на обох ступенях.

Через висоту підйому до 40 км вперше знадобилося виконання цілої низки вимог галузевого та державного законодавства — отримання дозволів у державних установах, розрахунок та обґрунтування меж небезпечної зони для експериментального пуску, створення комплексного плану та методики проведення льотних випробувань, укладання договорів страхування і багато іншого. Усе це стало безцінним досвідом, якого команда набула для подальшої роботи над проєктом «Студентська ракета».

І ось ракета «К110 Meteo 40 000» на стартовій установці. Передстартові тести показують готовність усіх систем.

Стартовий відлік – 10, 9, 8... Напруга зростає неймовірно! 4, 3, 2, 1.

Старт – без зауважень.

Робота першого ступеня – без зауважень!

Рух по траєкторії – без зауважень!

Поділ ступенів – штатно!

Включення двигуна другого ступеня – є!

І раптом – аварія! На висоті понад 5 км після 3-х секунд роботи сталося руйнування двигуна другого ступеня на швидкості близько 2 Махів, і далі – повне руйнування всієї ракети. Шкода... Попри все, команда розцінює цей досвід як перемогу!

Усе це зроблено вперше. Багато з того, що створено вперше, відпрацювало штатно, успішно. Ми набули унікального досвіду, який буде використаний у проєкті «Студентська ракета» при створенні нових зразків ракет.

Олексій Кулик,
канд. техн. наук, доцент кафедри технології виробництва
фізико-технічного факультету
Світлана Клименко,
канд. техн. наук, доцентка кафедри радіоелектронної автоматики
фізико-технічного факультету